寬能隙(WBG)高溴含量的混合鹵化物鈣鈦礦,作為鈣鈦礦–有機串聯太陽能電池(TSCs)的前電池材料,常面臨初始鹵化物混合不均勻和光誘導鹵化物分離的問題 1 – 3 ,限制了鈣鈦礦–有機 TSCs 的性能。在此,我們將一種光轉化添加劑 4-[3-(三氟甲基)-3H-二氮雜環丙烷-3-基]苄胺(TDB)引入 WBG 鈣鈦礦前驅體溶液中,建立了一個兩階段策略來穩定混合鹵化物相。在結晶過程中,TDB 透過抑制富溴相的快速沉澱並加速退火時的鹵化物混合,來改善初始鹵化物均勻性。在操作照明期間,TDB 會發生轉化,形成一種與鈣鈦礦晶界表面有更強吸附作用的新物種,抑制碘化物相關缺陷的形成,抑制缺陷輔助載流子捕獲和離子遷移,從而減緩光誘導鹵化物分離 4 – 6 。代表性的 WBG 鈣鈦礦(E g = 1.88 eV)太陽能電池達到了 20.01% 的功率轉換效率(PCE),開路電壓為 1.42 V,填充因子為 85.13%,並在照明下提高了穩定性。透過將 WBG 鈣鈦礦太陽能電池整合到單片式鈣鈦礦–有機 TSC 中,我們達到了 28.80% 的 PCE,並獲得了 28.04% 的認證穩定態 PCE。該鈣鈦礦–有機 TSC 在 ISOS-L-1 協議下運作 625 小時後,仍保留了其初始 PCE 的 90%。
科學 85
具光轉化穩定劑的鈣鈦礦–有機串聯太陽能電池
研究人員開發出一種創新的光轉化穩定劑 TDB,用於寬能隙(WBG)混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池。此穩定劑能改善結晶過程中的鹵化物均勻性,並在操作期間抑制光誘導的鹵化物偏析,顯著提升電池性能與穩定性。整合此 WBG 鈣鈦礦電池的鈣鈦礦–有機串聯太陽能電池,功率轉換效率達到 28.80%,且在 625 小時運作後仍保有初始效率的 90%。
值得注意此研究在太陽能電池領域取得重大突破,有望大幅提升再生能源效率與穩定性,具高度產業與環境影響。
原文來源: Nature